一种基于非谐振辅助的纳米压印装置

技术领域

本发明涉及纳米压印领域，尤其是一种基于非谐振辅助的纳米压印装置。

背景技术

纳米压印技术是先在衬底上涂抹压印胶，然后在压印胶上对带有微结构的模板施加机械力将微结构转移到衬底上的技术，由于其具有低成本，可并行加工等优点，已成为制作半导体器件、光学器件、自清洁玻璃等器件的主要方法。从提出至今一直受到学术界和产业界的高度重视，是未来光刻技术方向的一支潜力股。

但随着纳米压印技术的飞速发展，同时也存在着许多问题，在压印过程中，模板空腔的填充率对于压印成功与否起着至关重要的作用，如果模板空腔填充率过低，很有可能导致微结构没有成功转移到衬底上，从而导致压印效果不佳甚至压印失败；而在脱模的过程中，由于模板与压印成形的微结构属于粘附状态，可能导致压印胶与模板之间的粘附力过大，如果不采取一些措施来减小粘附力，在脱模时将会导致微结构遭到损坏甚至模板损坏，尤其在大面积压印过程中，压印面积越大模板与衬底间的粘附力也就越大。

针对以上问题，目前有专利号为CN 105372931 A、CN 101863122 A、CN 105319838A等专利都引用了超声波振动辅助纳米压印的制成方式，其特征为可以有效地降低纳米压印的压印过程中或脱模过程种中的粘附力影响，但目前振动辅助纳米压印仍然存在一些缺陷。其一，超声波能量会使聚合物的温度升高，这种方式会触发模板与衬底间的粘弹产热，在脱模过程中，一定程度上会导致聚合物不完全固化，从而影响图案的保真度；其二，利用超声波虽可以使模板和衬底实现振动，但是无法精确控制模板和聚合物的振动程度，难以制备高精度深宽比的微结构；其三，超声波在使聚合物成形面的表面质量下降的同时，在聚合物内部也会产生气泡、空穴等缺陷；其四，超声波振动振动辅助压印虽然有效的降低了模板与衬底间的粘附力，但若衬底较大，模板与衬底间的相互作用力仍然会较大，从而对纳米压印的脱模过程造成一定的影响。基于以上缺陷，我们发明一种基于非谐振辅助的纳米压印装置，本装置利用压电带动平台进行低频低幅振动，而非超声波的高频高幅振动。由于本装置是低频低幅振动因此不会产生气泡、空穴等缺陷；并且本装置的振动方式是由压电控制，可精确控制振动幅度。

发明内容

本发明提供一种基于非谐振辅助的纳米压印装置，并利用揭开式振动辅助的方法进行脱模，以解决目前压印时模板空腔填充率低、图案转移失败、脱模时粘附力过大而导致微结构破坏、以及大面积压印时由于粘附力过大而造成模板损坏等问题。

根据本发明的目的提供一种基于非谐振辅助的纳米压印装置，其特征在于，包括工作台、Y轴位移平台、Z向振动平台、冷却装置、加热装置、衬底卡盘、衬底、X-Z轴位移平台、压印装置，其中，工作台置于水平面，Y轴位移平台通过螺钉固定在底板上， Z向振动平台通过螺钉固定在Y轴位移平台上，冷却装置固定在盛物台上，加热装置通过螺钉固定在衬底卡盘外，衬底卡盘通过螺钉固定在加热装置上，衬底固定在衬底卡盘中，X-Z轴位移平台通过螺钉固定在橫柱上，印装置通过螺钉固定在X-Z轴位移平台上。

根据本发明的目的提供一种基于非谐振辅助的纳米压印装置，其特征在于，所述的工作台包括底板、支撑板、支撑柱、橫柱，其中，底板放置于水平面上，支撑板固连在底板上，支撑柱固连在底板上，橫柱固连在支撑板与支撑柱上。

根据本发明的目的提供一种基于非谐振辅助的纳米压印装置，其特征在于，所述的Z向振动平台包括固定板、连接板、铰链结构框一、铰链结构框二、固定框一、固定框二、盛物台，其中，固定板通过螺钉固定在Y轴位移平台上，连接板通过螺钉固定在固定板上，铰链结构框一固连于连接板一侧，铰链结构框二固连于连接板另一侧，固定框一通过螺钉与铰链结构框一相连，固定框二通过螺钉与铰链结构框二相连，盛物台通过螺钉固定在固定框一与固定框二上。

根据本发明的目的提供一种基于非谐振辅助的纳米压印装置，其特征在于，所述的铰链结构框一包括振动平台一、预紧螺钉一、铰链结构一、压电陶瓷一、铰链结构二、预紧螺钉二、振动平台二，其中，铰链结构一与铰链结构二固连于振动平台一与振动平台二之间，压电陶瓷一通过预紧螺钉一与预紧螺钉二固定于铰链结构一与铰链结构二中间。

根据本发明的目的提供一种基于非谐振辅助的纳米压印装置，其特征在于，所述的铰链结构框二包括振动平台三、预紧螺钉三、铰链结构三、压电陶瓷二、铰链结构四、预紧螺钉四、振动平台四，其中，铰链结构三与铰链结构四固连于振动平台三与振动平台四之间，压电陶瓷二通过预紧螺钉三与预紧螺钉四固定于铰链结构三与铰链结构四之间。

根据本发明的目的提供一种基于非谐振辅助的纳米压印装置，其特征在于，所述的铰链结构框二与铰链结构框一结构完全相同。

根据本发明的目的提供一种基于非谐振辅助的纳米压印装置，其特征在于，所述的铰链结构一包括振动平台一、直圆型柔性铰链一、次级振动平台、直圆型柔性铰链二、振动平台二，其中，振动平台一通过直圆型柔性铰链一与次级振动平台相连，次级振动平台通过直圆型柔性铰链二与振动平台二相连。

根据本发明的目的提供一种基于非谐振辅助的纳米压印装置，其特征在于，所述的铰链结构二包括直圆型柔性铰链三、次级振动平台二、直圆型柔性铰链四。其中，振动平台一通过直圆型柔性铰链三次级振动平台二相连，次级振动平台二通过直圆型柔性铰链四与振动平台二相连。

根据本发明的目的提供一种基于非谐振辅助的纳米压印装置，其特征在于，所述的铰链结构二与铰链结构一完全相同。

根据本发明的目的提供一种基于非谐振辅助的纳米压印装置，其特征在于，所述的压印装置包括固定板、吸气板、模板，吸气板与固定板固连，吸气板连接吸气泵，且吸气板下方吸附有模板。

本发明具有以下优点：

1.本发明在压印时利用Z向振动平台的低频低幅振动带动聚合物进行压印，在Z向振动平台的带动下，胶层的Z向振动在一定程度上会使模板与压印胶之间产生摩擦升温，增强压印胶的流动性，从而提高压印时模板空腔中聚合物的填充率，进而改善压印的效果；

2.本发明在脱模方面利用真空泵及多个独立封闭通道实现揭开式的方法进行脱模，将较大的粘附力线性依次施加在模板与压印胶上，并利用Z向振动平台进行振动辅助，使模板与压印胶之间反复进行小范围的接触与分离，进而降低了脱模时模板与聚合物间的粘附力，依靠较小的脱模力就能实现大面积脱模，解决了由于粘附力过大而破坏微结构甚至损坏模板的问题，提高了压印成功率。

附图说明

图1是一种基于非谐振辅助的纳米压印装置的结构示意图；

图2是加热装置、衬底卡盘和衬底的结构示意图；

图3是工作台的结构示意图；

图4是Z向振动平台结构示意图；

图5是Z向振动平台的主视图；

图6是固定框、盛物台、冷却装置、加热装置的结构示意图；

图7是压印装置的结构示意图；

附图标记说明：

1-工作台、2-Y轴位移平台、3-Z向振动平台、4-冷却装置、5-加热装置、6-衬底卡盘、7-衬底、8-X-Z轴位移平台、9-压印装置。101-底板、102-支撑板、103-支撑柱、104-橫柱、301-固定板、302-连接板、303-铰链结构框一、304-铰链结构框二、305-铰链结构一、306-铰链结构二、307-铰链结构三、308-铰链结构四、309-振动平台一、310-振动平台二、311-振动平台三、312-振动平台四、313-直圆型柔性铰链一、314-直圆型柔性铰链二、315-直圆型柔性铰链三、316-直圆型柔性铰链四、317-预紧螺钉一、318-预紧螺钉二、319-预紧螺钉三、320-预紧螺钉四、321-压电陶瓷一、322-压电陶瓷二、323-次级振动平台一、324-次级微动平台二、325-固定框一、326-固定框二、327-盛物台、901-固定板、902-吸气板、903-模板。

具体实施方式

如图1、2所示，所述的一种基于非谐振辅助的纳米压印装置，包括工作台1、Y轴位移平台2、Z向振动平台3、冷却装置4、加热装置5、衬底卡盘6、衬底7、X-Z轴位移平台8、压印装置9，其中，工作台1置于水平面，Y轴位移平台2通过螺钉固定在底板101上，Z向振动平台3通过螺钉固定在Y轴位移平台2上，冷却装置4固定在盛物台327上，加热装置5通过螺钉固定在衬底卡盘6外，衬底卡盘6通过螺钉固定在冷却装置4上，衬底7固定在衬底卡盘6中，X-Z轴位移平台8通过螺钉固定在橫柱104上，压印装置9通过螺钉固定在X-Z轴位移平台8上。

如图3所示的工作台包括底板101、支撑板102、支撑柱103、橫柱104，其中，底板101放置于水平面上，支撑板102固连在底板上101，支撑柱103固连在底板101上，橫柱104固连在支撑板102与支撑柱103上。

如图4、5、6所示，所述的Z向振动平台包括固定板301、连接板302、铰链结构框一303、铰链结构框二304、固定框一325、固定框二306、盛物台323，其中，固定板301通过螺钉固定在Y轴位移平台2上，连接板302通过螺钉固定在固定板301上，铰链结构框一303固连于连接板302一侧，铰链结构框二304固连于连接板302另一侧，固定框一325通过螺钉与铰链结构框一303相连，固定框二326通过螺钉与铰链结构框二304相连，盛物台323通过螺钉固定在固定框一325与固定框二326上。所述的铰链结构框一303包括振动平台一309、预紧螺钉一317、铰链结构一305、压电陶瓷一321、铰链结构二306、预紧螺钉二318、振动平台二310。其中，铰链结构一305与铰链结构二306固连于振动平台一309与振动平台二310之间，压电陶瓷一321通过预紧螺钉一317与预紧螺钉二318固定于铰链结构一305与铰链结构二306之间。所述的铰链结构框二304包括振动平台三311、预紧螺钉三319、铰链结构三307、压电陶瓷二322、铰链结构四308、预紧螺钉四320、振动平台四312。其中，铰链结构三307与铰链结构四308固连于振动平台三311与振动平台四312之间，压电陶瓷二322通过预紧螺钉三319与预紧螺钉四320固定于铰链结构三307与铰链结构四308之间。所述的铰链结构框二304与铰链结构框一303结构完全相同。所述的铰链结构一305包括直圆型柔性铰链一313、次级振动平台一323、直圆型柔性铰链二314。其中，振动平台一309通过直圆型柔性铰链一313与次级振动平台一323相连，次级振动平台一323通过直圆型柔性铰链二314与振动平台二310相连。所述的铰链结构二306包括直圆型柔性铰链三315、次级振动平台二324、直圆型柔性铰链四316。其中，振动平台一309通过直圆型柔性铰链三315与次级振动平台二324相连，次级振动平台二324通过直圆型柔性铰链四316与振动平台二310相连。所述的铰链结构二306与铰链结构一305完全相同。

如图7所示，所述的压印装置包括固定板901、吸气板902、模板903，吸气板902与固定板901固连，吸气板902外连真空泵，且吸气板902下方吸附有模板903。

下面结合图1-图7对本装置的具体实施方式作进一步说明：

（1）整个装置水平的放置在水平面上，将衬底7固定在衬底卡盘6中，调节Y轴位移平台2，X-Z轴位移平台8，使衬底7位于压印装置9正下方；

（2）启动加热装置5对衬底7进行预热，再调节X-Z轴位移平台8使压印装置9向下运动，使压印装置9与衬底7微接触时，停止压印装置9的运动，再通过控制器给压电陶瓷一321与压电陶瓷二322输入控制信号，使Z向振动平台3进行Z向的振动，具体的振动实现方式为:给压电陶瓷一321输入电控信号并且由预紧螺钉一317与预紧螺钉二318进行预紧，然后将位移传递到次级振动平台一323上，通过直圆型柔性铰链一313与直圆型柔性铰链三315将位移传递到振动平台一309上，通过直圆型铰链二314与直圆型柔性铰链四316将位移传递到振动平台二310上，由于振动平台二310固定在固定板301上，所以位移仅传递到振动平台一309上，同样通过预紧螺钉三319与预紧螺钉四320对压电陶瓷二322进行预紧并输入电控信号，振动平台三311产生位移，通过控制器控制给压电陶瓷一321与压电陶瓷二322的输入电控信号，使振动平台一309与振动平台三311同步振动，从而实现Z向振动平台3的平稳Z向振动；

（3）启动X-Z轴位移平台8，使压印装置9向下运动，对衬底7进行振动辅助压印，待压印完成，启动冷却装置4对衬底7进行冷却固化，固化完毕后，断开真空泵与多个独立封闭通道的连接，使真空泵仅与一侧单一通道接通，并控制Z向振动平台3进行振动辅助，待模板903完全脱离 衬底7，压印完成。